quantr

此crate尚未准备好用于生产，因此不应被视为稳定，也不会产生正确答案。它仍在积极开发中，需要进行更多优化。如果您打算使用quantr进行项目，请务必使用其他模拟来检查答案。

一个专注于内存效率和可访问性的基于门的量子电路模拟的Rust库crate。

此crate允许用户通过添加各种方法中的门列来构建量子电路。一旦构建了电路，就可以对其进行模拟，这将附加寄存器|00..0>，从而产生可以测量的叠加态。Quantr主要针对纯态的模拟。

有关使用quantr的简要示例，请参阅快速入门指南，该指南通过Grover算法的实现进行操作。

定义特性

• 旨在使Rust初学者易于访问。
• 物理可观测量与非物理可观测量的区别，后者可以从电路中提取出来是明确的，后者仍然是可检索的。
• 将电路图打印到终端或保存为UTF-8字符串的文本文件。
• 可以通过提供其在乘积状态上的显式映射来轻松实现自定义门。这使用户可以避免将门表示为矩阵。
• 自定义门不必是幺正的，允许实现某些量子信道。
• 可以在可处理的时间内模拟多达~16个比特的电路。
• 只使用安全的Rust代码，唯一依赖项是fastrand (2.1.0) crate、num_complex (0.4.6)以及它们的子依赖项。

用法

模拟和打印两个比特电路的示例

use quantr::{Circuit, Gate, Printer, Measurement::Observable};

fn main() {
    let mut quantum_circuit: Circuit = Circuit::new(2).unwrap();

    quantum_circuit
        .add_gates(&[Gate::H, Gate::Y]).unwrap()
        .add_gate(Gate::CNot(0), 1).unwrap();

    let mut printer = Printer::new(&quantum_circuit);
    printer.print_diagram();
    // The above prints the following:
    // ┏━━━┓     
    // ┨ H ┠──█──
    // ┗━━━┛  │  
    //        │  
    // ┏━━━┓┏━┷━┓
    // ┨ Y ┠┨ X ┠
    // ┗━━━┛┗━━━┛

    let simulated_circuit = quantum_circuit.simulate();

    // Below prints the number of times that each state was observered
    // over 500 measurements of superpositions.

    if let Observable(bin_count) = simulated_circuit.measure_all(500) {
        println!("[Observable] Bin count of observed states.");
        for (state, count) in bin_count {
            println!("|{}> observed {} times", state, count);
        }
    }
}

有关使用quantr的更详细示例，请参阅快速入门指南。

限制（目前）

• 不考虑噪声，然而这可以通过自定义门（尽管很繁琐）实现。
• 没有并行化选项。
• 无法添加经典线或测量量子电路中单个线的门。只有一个方法，即在所有量子位线的末尾附加一个测量门。
• 主要用于纯态向量的模拟。虽然，通过使用自定义门，可以实现一些量子通道。例如，请参阅examples/post_select.rs。

约定

在计算基中标记乘积状态的线的顺序定义为

|a⟩ ──── 
|b⟩ ────  ⟺ |a,b,c,⋯⟩ ≡ |a⟩⊗|b⟩⊗|c⟩⊗⋯ 
|c⟩ ────
 ⋮    ⋮

当定义一个依赖于控制节点位置以定义门的自定义函数（如CNot和Toffoli门）时，必须定义为最右侧的乘积状态被认为是“激活”的门。通常，最好假设自定义函数不定义控制节点，而是扩展函数的定义域。最后，需要注意的是，自定义门没有进行有效量子通道的检查。

文档

Quantr 书籍计划作为 quantr 的扩展文档，例如解释选择算法背后的动机。目前，它只包含入门指南和一些 quantr 的内存效率的初步结果。

对于在线代码文档，请参阅crates.io。这也可以通过克隆项目、进入目录并运行以下命令在本地构建和打开：cargo doc --open。

其他量子计算机模拟器

另一个更稳定的Rust编写的量子电路模拟器是Spinoza。

网站Are We Quantum Yet（检查日期：2023年10月24日）列出了所有使用Rust的量子计算内容。

Quirk 是一个实用且非常实用的量子计算学习模拟器Quirk。它是一个实时在线模拟器，通过拖放门进行接口。请注意，与 quantr 的标签相比，Quirk 中的计算基中状态的标签是相反的。

许可证

Quantr 根据 EUPL-1.2 或更高版本授权。您可以在https://joinup.ec.europa.eu/collection/eupl/eupl-text-eupl-12获得许可证副本。英文版的 EUPL-1.2 许可证在LICENCE.txt中提供，该文件位于本存储库的根目录中。第三方软件的许可证和 quantr 项目的详细信息可以在COPYRIGHT.txt中找到。